Астрономы из Швейцарии и США с помощью суперкомпьютера рассчитали, как вскоре после рождения Вселенной могли формироваться сверхмассивные черные дыры, которые присутствуют в центре больших галактик, в том числе и нашей. Это исследование может привести к пересмотру представлений об эволюции галактик.
И, в частности, может свидетельствовать о том, что не галактики управляют ростом черных дыр, а наоборот, черные дыры управляют ростом галактики.
Профессор Люцио Майер (Lucio Mayer) из Института теоретической физики в Цюрихе вместе с коллегами из США и Чили с помощью суперкомпьютера Zbox3 в университете Цюриха и вычислительного кластера Brutus в швейцарском Федеральном технологическом институте провел моделирование эволюции галактик и черных дыр в первые миллиарды лет после рождения после Большого взрыва.
Согласно современным представлениям, Вселенная возникла примерно 14 миллиардов лет назад, при этом самые первые галактики сформировались в течение первого миллиарда лет. Компьютерное моделирование, проведенное Майером и его коллегами, показало, что сверхмассивные черные дыры рождались, когда эти галактики сталкивались и сливались.
Ранее считалось, что структура Вселенной формировалась иерархически - от простого к сложному. Сначала гравитация собирала вместе небольшие галактики, затем в результате их слияния возникали крупные.
"Наряду с другими открытиями наши результаты показывают, что такие большие структуры - галактики и сверхмассивные черные дыры - формировались очень быстро, что противоречит иерархическим представлениям", - говорит соавтор работы Стелиос Казанцидис (Stelios Kazantzidis) из университета Огайо.
Черные дыры образуются на конечной стадии эволюции массивных звезд, когда после выгорания термоядерного "горючего" давление газа уже не может препятствовать силе тяготения. Гравитация "схлопывает" звезду в компактный объект, обладающий столь сильным притяжением, что его не может покинуть даже электромагнитное излучение - то есть в черную дыру. Однако, как установили астрономы, помимо таких "звездных" черных дыр существуют также сверхмассивные черные дыры, которые формируются в центре галактик в результате коллапса гигантских объемов газа.
Сверхмассивные черные дыры, масса которых составляет миллионы и миллиарды масс Солнца, "втягивают" газ и пыль, который начинает интенсивно излучать с яркостью целой галактики. Такие объекты астрономы называют квазарами. Майер и его коллеги запустили свою компьютерную модель с момента, когда две галактики, сформировавшиеся вскоре после Большого взрыва, начинают сталкиваться и сливаться. Прежние подобные модели позволяли "разглядеть" детали процесса слияния размером не меньше 300 световых лет. Модель Майера может "видеть" детали в 100 раз меньшего размера.
Запустив симуляцию, астрономы увидели, что газ и пыль в центре сталкивающихся галактик сформировал плотный диск. Затем диск стал нестабильным, газ и пыль стянулись еще сильнее, сформировалось очень плотное облако, которое в конце концов породило сверхмассивную черную дыру. Казанцидис отмечает, что их наблюдения меняют представления об эволюции галактик.
"Стандартное представление, что свойства галактики и масса сверхмассивной черной дыры в ее центра связаны, поскольку они растут параллельно, будет пересмотрено. В нашей модели, черная дыра растет значительно быстрее, чем галактика. Может быть, что совсем не рост галактики управляет ростом черной дыры. Может быть, что рост галактики управляется черной дырой", - отмечает Казанцидис.
Профессор Люцио Майер (Lucio Mayer) из Института теоретической физики в Цюрихе вместе с коллегами из США и Чили с помощью суперкомпьютера Zbox3 в университете Цюриха и вычислительного кластера Brutus в швейцарском Федеральном технологическом институте провел моделирование эволюции галактик и черных дыр в первые миллиарды лет после рождения после Большого взрыва.
Согласно современным представлениям, Вселенная возникла примерно 14 миллиардов лет назад, при этом самые первые галактики сформировались в течение первого миллиарда лет. Компьютерное моделирование, проведенное Майером и его коллегами, показало, что сверхмассивные черные дыры рождались, когда эти галактики сталкивались и сливались.
Ранее считалось, что структура Вселенной формировалась иерархически - от простого к сложному. Сначала гравитация собирала вместе небольшие галактики, затем в результате их слияния возникали крупные.
"Наряду с другими открытиями наши результаты показывают, что такие большие структуры - галактики и сверхмассивные черные дыры - формировались очень быстро, что противоречит иерархическим представлениям", - говорит соавтор работы Стелиос Казанцидис (Stelios Kazantzidis) из университета Огайо.
Черные дыры образуются на конечной стадии эволюции массивных звезд, когда после выгорания термоядерного "горючего" давление газа уже не может препятствовать силе тяготения. Гравитация "схлопывает" звезду в компактный объект, обладающий столь сильным притяжением, что его не может покинуть даже электромагнитное излучение - то есть в черную дыру. Однако, как установили астрономы, помимо таких "звездных" черных дыр существуют также сверхмассивные черные дыры, которые формируются в центре галактик в результате коллапса гигантских объемов газа.
Сверхмассивные черные дыры, масса которых составляет миллионы и миллиарды масс Солнца, "втягивают" газ и пыль, который начинает интенсивно излучать с яркостью целой галактики. Такие объекты астрономы называют квазарами. Майер и его коллеги запустили свою компьютерную модель с момента, когда две галактики, сформировавшиеся вскоре после Большого взрыва, начинают сталкиваться и сливаться. Прежние подобные модели позволяли "разглядеть" детали процесса слияния размером не меньше 300 световых лет. Модель Майера может "видеть" детали в 100 раз меньшего размера.
Запустив симуляцию, астрономы увидели, что газ и пыль в центре сталкивающихся галактик сформировал плотный диск. Затем диск стал нестабильным, газ и пыль стянулись еще сильнее, сформировалось очень плотное облако, которое в конце концов породило сверхмассивную черную дыру. Казанцидис отмечает, что их наблюдения меняют представления об эволюции галактик.
"Стандартное представление, что свойства галактики и масса сверхмассивной черной дыры в ее центра связаны, поскольку они растут параллельно, будет пересмотрено. В нашей модели, черная дыра растет значительно быстрее, чем галактика. Может быть, что совсем не рост галактики управляет ростом черной дыры. Может быть, что рост галактики управляется черной дырой", - отмечает Казанцидис.
Обсуждения Эволюция галактик и черные дыры